JP2003315271A - Plasma generating apparatus and gas analyzer using the same - Google Patents
Plasma generating apparatus and gas analyzer using the sameInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ生成装置及
びそれを用いたガス分析装置に関し、特にナノテクノロ
ジー及びマイクロリアクター等に関連したMicro Anarly
sis System (μTAS)等に適用して有用なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma generation apparatus and a gas analysis apparatus using the same, and in particular to a micro-analysis related to nanotechnology and microreactor.
It is useful when applied to sis System (μTAS).
【０００２】[0002]
【従来の技術】プラズマを用いた分光による化学分析
は、通常、マイクロ波又は高周波電力により生成された
プラズマトーチの中にガスを流し、その際の発光を分光
分析することにより実施している。また、イオン種で分
析する場合は、前記プラズマ中で生成したイオン種を四
重極質量分析器等に導き、イオン種の質量を媒介として
分析している。2. Description of the Related Art Chemical analysis by spectroscopic analysis using plasma is usually carried out by flowing a gas into a plasma torch generated by microwave or high-frequency power and spectroscopically analyzing the light emission at that time. In the case of analyzing with ion species, the ion species generated in the plasma are guided to a quadrupole mass spectrometer or the like, and the mass of the ion species is used as a medium for analysis.
【０００３】図４は従来技術に係るプラズマを用いた分
光によるガス分析装置を示すブロック線図である。同図
に示すように、このガス分析装置は、放電部１、高周波
電源２、光学系３、分光器４及び計測器５を有してい
る。分析対象が液体又は固体の場合には、気化又は微粉
末に破砕するとともにキャリアガスに乗せた分析ガスと
して、分析対象がガスの場合には、これを分析ガスとし
て放電部１に供給する。ここで、放電部１に巻回された
コイル１ａには高周波電源２より高周波電圧が印加され
ているため、分析ガスは放電部１でプラズマ化され、プ
ラズマ発光を伴うプラズマとして噴射されてプラズマト
ーチ６を形成する。分光器４では光学系３を介してプラ
ズマトーチ６のプラズマ光を入射してその波長毎に分光
する。この分光結果は計測器５に送出され、分析ガスに
含まれる化学種を特定する。FIG. 4 is a block diagram showing a conventional gas analyzer by means of spectroscopy using plasma. As shown in the figure, this gas analyzer has a discharge unit 1, a high frequency power supply 2, an optical system 3, a spectroscope 4 and a measuring instrument 5. When the analysis target is a liquid or a solid, it is vaporized or crushed into fine powder and is supplied to the discharge section 1 as an analysis gas when the analysis target is a gas, and when the analysis target is a gas. Here, since a high frequency voltage is applied from the high frequency power source 2 to the coil 1a wound around the discharge part 1, the analysis gas is turned into plasma in the discharge part 1 and is ejected as plasma accompanied by plasma emission to generate a plasma torch. 6 is formed. In the spectroscope 4, the plasma light of the plasma torch 6 is made incident through the optical system 3 and is spectrally separated for each wavelength. This spectroscopic result is sent to the measuring instrument 5 and specifies the chemical species contained in the analysis gas.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来技術に
おいては、分光分析による場合でも、また質量分析によ
る場合でも、大型のプラズマ生成装置を用いていた。す
なわち、放電部１及びこれに電力を供給する高周波電源
２が大型のものとなっていた。ちなみに、高周波電源２
の出力電力は、例えば１（ｋＷ）程度、周波数は１０
（ＭＨｚ）〜２（ＧＨｚ）程度である。In the prior art as described above, a large-sized plasma generator was used both in the case of spectroscopic analysis and in the case of mass spectrometry. That is, the discharge part 1 and the high frequency power supply 2 for supplying power to the discharge part 1 are large. By the way, high frequency power supply 2
Output power is, for example, about 1 (kW) and the frequency is 10
(MHz) to 2 (GHz).
【０００５】この結果、実際の計測に当たっては、当該
装置が設置されている分析室等、所定の場所までサンプ
ルガスを持って行き、バッチ処理による計測を行う必要
があった。すなわち、オンサイト計測（現場での計測）
及びリアルタイム計測への適用は困難であった。As a result, in actual measurement, it was necessary to bring the sample gas to a predetermined place such as an analysis room in which the apparatus is installed and perform the measurement by batch processing. That is, on-site measurement (on-site measurement)
And it was difficult to apply to real-time measurement.
【０００６】本発明は、上記従来技術に鑑み、所定の化
学種のオンサイト計測及びリアルタイム計測を実現し得
る可搬式の小型のプラズマ生成装置及びそれを用いたガ
ス分析装置を提供することを目的とする。In view of the above-mentioned prior art, the present invention has an object to provide a portable small plasma generator capable of realizing on-site measurement and real-time measurement of a predetermined chemical species and a gas analyzer using the same. And
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、次の知見を基礎とするものである。気体中の放電
現象に関してはパッシェンの法則が知られている。この
パッシェンの法則によれば空気中ではその圧力（Ｐ）と
電極間の間隔（ｌ）との積が１（torr・cm) 近傍の値に
なったとき最も放電し易いことになり、圧力（Ｐ）を大
気圧（760(torr))とすれば、電極間の間隔（ｌ）はμｍ
オーダとなる。ただ、かかる狭間隙でパッシェンの法則
が成立するか否かは確認されていなかった。The present invention for achieving the above object is based on the following findings. Paschen's law is known for the discharge phenomenon in gas. According to Paschen's law, when the product of the pressure (P) and the interval (l) between the electrodes becomes a value in the vicinity of 1 (torr · cm) in the air, the discharge is most likely, and the pressure ( If P) is atmospheric pressure (760 (torr)), the distance (l) between electrodes is μm
It becomes an order. However, it has not been confirmed whether Paschen's law holds in such a narrow gap.
【０００８】そこで、大気圧下、μｍオーダの間隔を介
した電極間で放電実験をしたところ、かかる状態でも放
電を維持できることが確認された。このときの放電維持
電圧は、例えば３００（Ｖ）〜４００（Ｖ）であり、電
力は１０（Ｗ）程度である。すなわち、真空装置を用い
ることなく、１０（Ｗ）程度の小電力で、μｍオーダの
電極間に放電を維持し得ることが確認された。Therefore, a discharge experiment was conducted between the electrodes under an atmospheric pressure with a gap of the order of μm, and it was confirmed that the discharge could be maintained even in such a state. The discharge sustaining voltage at this time is, for example, 300 (V) to 400 (V), and the power is about 10 (W). That is, it was confirmed that the discharge can be maintained between the electrodes on the order of μm with a low power of about 10 (W) without using a vacuum device.
【０００９】かかる知見を基礎とする本発明の放電電極
の構成は、μｍオーダの間隙を介して高周波電力を供給
する電極と接地された電極とから成る少なくとも一対の
電極と、前記高周波電力により前記間隙でプラズマ化す
るガスを流通させるガス流路とを有することを特徴とす
る。The structure of the discharge electrode of the present invention based on the above findings is such that at least a pair of electrodes consisting of an electrode supplying high frequency power through a gap of the order of μm and a grounded electrode, and the high frequency power described above And a gas flow passage through which a gas that turns into plasma in the gap flows.
【００１０】また、プラズマ生成装置の構成は、μｍオ
ーダの間隙を介して高周波電力を供給する電極と接地さ
れた電極とから成る少なくとも一対の電極と、前記間隙
に形成したガス流路を流通する分析ガスをプラズマ化す
る放電部と、前記高周波電力を供給する高周波電源部と
を一枚の基板上に一体的に載置して可搬式のものとして
構成したことを特徴とする。Further, in the structure of the plasma generating apparatus, at least a pair of electrodes consisting of an electrode for supplying high frequency power and an electrode grounded through a gap of the order of μm and a gas flow path formed in the gap are circulated. It is characterized in that the discharge part for converting the analysis gas into plasma and the high-frequency power supply part for supplying the high-frequency power are integrally mounted on a single substrate and configured as a portable type.
【００１１】さらに、ガス分析装置の構成は、
１） μｍオーダの間隙を介して高周波電力を供給する
電極と接地された電極とから成る少なくとも一対の電極
と、前記間隙に形成したガス流路を流通する分析ガスを
プラズマ化する放電部と、前記高周波電力を供給する高
周波電源部とを一枚の基板上に一体的に載置して可搬式
のものとして構成したプラズマ生成手段と、前記プラズ
マが発生するプラズマ光を遠隔に導出する光伝送手段
と、光伝送手段により伝送されたプラズマ光を分光分析
して前記分析ガス中の化学種を特定する分光分析手段と
を有すること、Further, the structure of the gas analyzer is as follows: 1) at least a pair of electrodes consisting of an electrode for supplying high-frequency power through a gap of the order of μm and a grounded electrode, and a gas flow path formed in the gap. A plasma generating unit configured as a portable unit by integrally mounting a discharge unit for converting a flowing analysis gas into plasma and a high-frequency power supply unit for supplying the high-frequency power, and the plasma. And a spectroscopic analysis unit that spectroscopically analyzes the plasma light transmitted by the optical transmission unit to identify the chemical species in the analysis gas.
【００１２】２） μｍオーダの間隙を介して高周波電
力を供給する電極と接地された電極とから成る少なくと
も一対の電極と、前記間隙に形成したガス流路を流通す
る分析ガスをプラズマ化する放電部及び前記高周波電力
を供給する高周波電源部を有するプラズマ生成手段と、
前記プラズマが発生するプラズマ光を導入して特定の波
長のプラズマ光を選択するフィルタ手段及びこのフィル
タ手段を透過したプラズマ光を検出する光検出手段を有
して光検出手段が検出したプラズマ光の波長に基づき特
定の化学種を検出する波長分析手段とを一枚の基板上に
一体的に載置して可搬式のものとして構成したこと、及
び2) At least a pair of electrodes consisting of an electrode for supplying high-frequency power through a gap of the order of μm and a grounded electrode, and a discharge for converting the analysis gas flowing through the gas passage formed in the gap into plasma. And a plasma generating means having a high-frequency power supply unit for supplying the high-frequency power,
Of the plasma light detected by the light detection means having a filter means for introducing plasma light generated by the plasma to select plasma light of a specific wavelength and a light detection means for detecting the plasma light transmitted through this filter means A wavelength analysis means for detecting a specific chemical species based on a wavelength and a portable one that are integrally mounted on a single substrate, and
【００１３】３） μｍオーダの間隙を介して高周波電
力を供給する電極と接地された電極とから成る少なくと
も一対の電極と、前記間隙に形成したガス流路を流通す
る分析ガスをプラズマ化する放電部と、前記高周波電力
を供給する高周波電源部とを一枚の基板上に一体的に載
置して可搬式のものとして構成したプラズマ生成手段
と、前記電極間の間隙にその先端部の開口が臨んでお
り、この開口を介して前記間隙に発生するプラズマ中の
イオンを吸引するイオン吸引手段と、このイオン吸引手
段で引き込んだイオンの質量を検出することによりこの
イオンの化学種を特定する質量分析手段とを有すること
を特徴とする。3) At least a pair of electrodes consisting of an electrode for supplying high-frequency power through a gap of the order of μm and a grounded electrode, and a discharge for converting the analysis gas flowing through the gas passage formed in the gap into plasma. Section and a high-frequency power supply section for supplying the high-frequency power are integrally mounted on a single substrate as a portable plasma generating means, and an opening at the tip of the electrode is provided in the gap between the electrodes. The ion species are identified by detecting the ion attracting means for attracting the ions in the plasma generated in the gap through this opening and the mass of the ion attracted by the ion attracting means. And a mass spectrometric means.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【００１５】＜第１の実施の形態＞図１は本発明の第１
の実施の形態に係るガス分析装置を示すブロック線図で
ある。同図に示すように、本形態に係るガス分析装置
は、プラズマ生成装置Ｉ、光ファイバ１１、分光器１２
及びこの分光器１２の出力信号の処理部であるパーソナ
ルコンピュータ１３を有している。ここで、プラズマ生
成装置Ｉは、高周波電源部II及び放電部 IIIからなり、
これらを一枚の基板１４上に一体的に載置した可搬式の
ものとして構成してある。ここで、基板１４は１０数ｃ
ｍ角の板状部材で構成してある。高周波電源部IIは、電
源１５、発振器１６及び増幅器１７からなり、その出力
電力は１０（Ｗ）程度、出力電圧は３００（Ｖ）〜４０
０（Ｖ）程度、出力周波数は１０（ＭＨｚ）〜２（ＧＨ
ｚ）程度のものとして構成してある。また、放電部 III
はμｍオーダの間隙を介して相対向する２枚の電極パッ
ド１８ａ、１８ｂで構成してある。基板１４において、
両電極パッド１８ａ、１８ｂの間にはガス流路１９が形
成してある。このガス流路１９を流通する分析ガスは両
電極パッド１８ａ、１８ｂ間でプラズマ化され、当該分
析ガスに固有の波長のプラズマ発光を行う。<First Embodiment> FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing a gas analyzer according to the embodiment of FIG. As shown in the figure, the gas analyzer according to this embodiment includes a plasma generator I, an optical fiber 11, and a spectroscope 12.
And a personal computer 13 which is a processing unit for the output signal of the spectroscope 12. Here, the plasma generation device I includes a high frequency power supply unit II and a discharge unit III,
It is configured as a portable type in which these are integrally mounted on one substrate 14. Here, the substrate 14 has ten or more c
It is composed of an m-square plate-shaped member. The high frequency power supply unit II includes a power supply 15, an oscillator 16 and an amplifier 17, and has an output power of about 10 (W) and an output voltage of 300 (V) to 40.
About 0 (V), output frequency is 10 (MHz) to 2 (GH
z). Also, the discharge part III
Is composed of two electrode pads 18a and 18b facing each other with a gap of the order of μm. On board 14,
A gas flow path 19 is formed between the two electrode pads 18a and 18b. The analysis gas flowing through the gas flow path 19 is turned into plasma between both electrode pads 18a and 18b, and plasma emission of a wavelength peculiar to the analysis gas is performed.
【００１６】プラズマ発光は光ファイバ１１を介して遠
隔の分光器１２に導入され、分光される。パーソナルコ
ンピュータ１３では分光器１２の出力信号を分析して分
析ガス中の化学種を特定する。The plasma emission is introduced into a remote spectroscope 12 through an optical fiber 11 and is dispersed. The personal computer 13 analyzes the output signal of the spectroscope 12 to identify the chemical species in the analysis gas.
【００１７】かかる本形態のガス分析装置において、電
源１５から供給される電力は発振器１６により高周波励
起され、増幅器１７で放電開始電圧まで増幅されて電極
パッド１８ａに供給される。このように高周波電力を用
いることにより電子が電極パッド１８ａ、１８ｂ間を往
復運動し、トラップすることができる。かくして、電子
は電極パッド１８ａ、１８ｂ間で電離衝突を繰り返し、
放電に至る。また、高周波電力を用いれば、間隙を構成
する電極パッド１８ａ、１８ｂの壁面へのイオンの衝突
も少なく、当該壁面を構成する材料からの不純物の混入
も少なくすることができる。In the gas analyzer of this embodiment, the electric power supplied from the power supply 15 is excited by the oscillator 16 at a high frequency, amplified by the amplifier 17 up to the discharge start voltage, and supplied to the electrode pad 18a. By using high frequency power in this way, electrons can reciprocate between the electrode pads 18a and 18b and be trapped. Thus, the electron repeats ionization collision between the electrode pads 18a and 18b,
Leading to discharge. Further, by using the high frequency power, it is possible to reduce collision of ions with the wall surfaces of the electrode pads 18a and 18b that form the gap, and to reduce mixing of impurities from the material forming the wall surfaces.
【００１８】かくして、分析ガスをガス流路１９に流
し、放電部 IIIでプラズマ化された化学種のプラズマ発
光を光ファイバ１１を用いて遠隔の分光器１２に導入
し、分光した後、パーソナルコンピュータ１３で所定の
分析を行うことにより分析ガス中の化学種を特定するこ
とができる。In this way, the analysis gas is caused to flow through the gas flow path 19, and the plasma emission of the chemical species plasmatized in the discharge section III is introduced into the remote spectroscope 12 using the optical fiber 11 to perform spectroscopic analysis and then the personal computer. By performing a predetermined analysis in 13, the chemical species in the analysis gas can be specified.
【００１９】本形態においては、上述の如き化学種の特
定を可搬式のプラズマ生成装置Ｉを現場に持っていっ
て、しかも極めて少量の分析ガスを流通させるだけで行
うことができる。このとき、光ファイバ１１を介してプ
ラズマ発光を遠隔に導いているので、分光器１２及びパ
ーソナルコンピュータ１３等の情報処理部は可搬式でな
くても良い。In this embodiment, it is possible to identify the chemical species as described above by bringing the portable plasma generating apparatus I to the site and flowing an extremely small amount of analysis gas. At this time, since the plasma emission is guided remotely through the optical fiber 11, the information processing units such as the spectroscope 12 and the personal computer 13 do not have to be portable.
【００２０】＜第２の実施の形態＞図２は本発明の第２
の実施の形態に係るガス分析装置を示すブロック線図で
ある。同図に示すように、本形態に係るガス分析装置
は、図１に示す第１の実施の形態と同様のプラズマ生成
装置Ｉとともに、波長分析部IVも基板２４上に一体的に
載置して全体を可搬式としたものである。ここで、波長
分析部IVは、それぞれ透過する光の波長が異なる複数種
類（６種類）のフィルタ２２からなるフィルタ部Ａ、各
フィルタ２２を透過した光をそれぞれ検出する光検出素
子２３からなる光検出部Ｂ及び光検出部Ｂの出力信号を
処理する処理部であるＣＰＵ２５を具備してなる。ここ
で、各フィルタ２２は検出したい特定の化学種のプラズ
マ発光による光を選択的に透過させるものとしておき、
また各フィルタ２２には、光ファイバ１１を介して導い
た放電部 IIIのプラズマ発光を分岐してそれぞれ入射す
るように構成してある。また、光検出部Ｂは光電変換素
子、例えばＣＣＤ又はフォトダイオード等を用いて好適
に形成し得る。なお、図２中、図１と同一部分には同一
番号を付し、重複する説明は省略する。<Second Embodiment> FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing a gas analyzer according to the embodiment of FIG. As shown in the figure, in the gas analyzer according to the present embodiment, the wavelength analyzer IV is integrally mounted on the substrate 24 together with the plasma generator I similar to that of the first embodiment shown in FIG. The whole is portable. Here, the wavelength analysis unit IV includes a filter unit A including a plurality of types (six types) of filters 22 having different wavelengths of light to be transmitted, and a light detection element 23 configured to detect light transmitted through each filter 22. The detection unit B and the photodetection unit B are provided with a CPU 25 that is a processing unit that processes output signals. Here, each filter 22 is supposed to selectively transmit light by plasma emission of a specific chemical species to be detected,
Further, each filter 22 is configured so that the plasma light emission of the discharge part III guided through the optical fiber 11 is branched and made incident. Further, the photodetector B can be preferably formed by using a photoelectric conversion element such as a CCD or a photodiode. In FIG. 2, the same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.
【００２１】本形態においては、図１に示す第１の実施
の形態と同様に、ガス流路１９を流通する分析ガスをプ
ラズマ化する。このときのプラズマ中に検出対象となる
化学種が存在する場合、当該化学種に起因する光は光フ
ァイバ１１で導入したプラズマ光のうちフィルタ部Ａを
透過して光検出部Ｂで検出される。しかも、このときの
プラズマ発光の光強度は当該特定の化学種の量に比例す
るので、光電変換した後の信号レベルでその濃度も特定
し得る。In this embodiment, as in the first embodiment shown in FIG. 1, the analysis gas flowing through the gas passage 19 is turned into plasma. When a chemical species to be detected is present in the plasma at this time, the light caused by the chemical species is detected by the photodetection section B through the filter section A of the plasma light introduced by the optical fiber 11. . Moreover, since the light intensity of plasma emission at this time is proportional to the amount of the specific chemical species, its concentration can be specified by the signal level after photoelectric conversion.
【００２２】本形態においては、プラズマ生成装置Ｉの
みならず、波長分析部IVも可搬式のものとして一体的に
構成してあるので、全体を現場に持っていって上述の如
き化学種の特定に必要な全ての分析処理を現場で行うこ
とができる。In the present embodiment, not only the plasma generator I but also the wavelength analyzer IV is integrally constructed as a portable one, so that the whole can be taken to the site to identify the chemical species as described above. All necessary analytical processing can be performed on site.
【００２３】＜第３の実施の形態＞図３は本発明の第３
の実施の形態に係るガス分析装置を示すブロック線図で
ある。同図に示すように、本形態に係るガス分析装置
は、プラズマ化したイオンの質量に基づき、その化学種
を特定する装置である。したがって、図１に示す第１の
実施の形態と同様のプラズマ生成装置Ｉを有している。
そこで、図３中、図１と同一部分には同一番号を付し、
重複する説明は省略する。<Third Embodiment> FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing a gas analyzer according to the embodiment of FIG. As shown in the figure, the gas analyzer according to the present embodiment is an apparatus for identifying the chemical species of the plasmanized ions based on their mass. Therefore, it has the same plasma generation device I as that of the first embodiment shown in FIG.
Therefore, in FIG. 3, the same parts as those in FIG.
A duplicate description will be omitted.
【００２４】本形態では、プラズマ化したイオンの質量
を検出して、その化学種を特定するためにイオン引き込
み部V 及び質量分析部VIを有している。イオン引き込み
部Vは電極パッド１８ａ、１８ｂ間の間隙にその先端部
の開口が臨んでおり、この開口を介して前記間隙に発生
するプラズマ中のイオンを２台の真空ポンプ３１、３２
で吸引することにより質量分析部VIに引き込む。質量分
析部VIは真空ポンプ３３を有する四重極質量分析器で構
成してある。この四重極質量分析器は既存の質量分析装
置である。In this embodiment, the ion attracting section V and the mass spectrometric section VI are provided to detect the mass of the plasmatized ion and identify the chemical species. The ion attracting portion V has an opening at its tip end facing the gap between the electrode pads 18a and 18b, and the ions in the plasma generated in the gap through this opening are connected to the two vacuum pumps 31 and 32.
It is drawn into the mass spectrometric section VI by suction with. The mass spectrometer VI is composed of a quadrupole mass spectrometer having a vacuum pump 33. This quadrupole mass spectrometer is an existing mass spectrometer.
【００２５】本形態においては、プラズマ中のイオンの
質量を分析することにより分析ガス中の化学種を特定し
得る。ここで、プラズマ生成装置Ｉは可搬式のコンパク
トな構造となっており、これに形成されたガス流路１９
に供給するガスは少量で良いので、極く僅かの分析ガス
でこの分析ガス中に含まれる化学種を特定することがで
きる。したがって、環境負荷の少ない検出を行うことが
できる。In the present embodiment, the chemical species in the analysis gas can be specified by analyzing the mass of the ions in the plasma. Here, the plasma generation device I has a portable and compact structure, and the gas flow path 19 formed therein
Since a small amount of gas is required to be supplied to, the chemical species contained in this analysis gas can be specified with a very small amount of analysis gas. Therefore, it is possible to perform detection with a small environmental load.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
た通り、〔請求項１〕に記載する発明は、μｍオーダの
間隙を介して高周波電力を供給する電極と接地された電
極とから成る少なくとも一対の電極と、前記高周波電力
により前記間隙でプラズマ化するガスを流通させるガス
流路とを有するので、極めてコンパクトな放電部を構成
することができるばかりでなく、極めて少量の分析ガス
でも所定のプラズマ発光を得ることができる。また、電
極間には高周波電力を供給するようにしたので、電子が
電極間を往復運動し、トラップすることができる。この
結果、電子は電極間で電離衝突を繰り返し、放電に至
る。また、高周波電力を用いれば、間隙を構成する電極
の壁面へのイオンの衝突も少なく、当該壁面を構成する
材料からの不純物の混入も少なくすることができるとい
う効果も奏する。As described above in detail with the embodiments, the invention described in [Claim 1] comprises at least an electrode for supplying high frequency power through a gap of the order of μm and an electrode grounded. Since it has a pair of electrodes and a gas flow path for circulating a gas that is turned into plasma in the gap by the high-frequency power, not only a very compact discharge part can be configured, but also an extremely small amount of analysis gas can have a predetermined amount. Plasma emission can be obtained. Further, since high-frequency power is supplied between the electrodes, electrons can reciprocate between the electrodes and be trapped. As a result, the electrons are repeatedly ionized and collided between the electrodes, resulting in discharge. Further, by using the high frequency power, it is possible to reduce the collision of ions with the wall surface of the electrode forming the gap and to reduce the mixing of impurities from the material forming the wall surface.
【００２７】〔請求項２〕に記載する発明は、μｍオー
ダの間隙を介して高周波電力を供給する電極と接地され
た電極とから成る少なくとも一対の電極と、前記間隙に
形成したガス流路を流通する分析ガスをプラズマ化する
放電部と、前記高周波電力を供給する高周波電源部とを
一枚の基板上に一体的に載置して可搬式のものとして構
成したので、当該プラズマ生成装置を現場に持っていっ
て分析ガスのプラズマ発光を得ることができる。すなわ
ち、オンサイト及びリアルタイムでの計測に資すること
ができる。さらに、極めて少量の分析ガスでも所定のプ
ラズマ発光を得ることができるので、環境負荷もその分
小さい。また、電極間には高周波電力を供給するように
したので、電子が電極間を往復運動し、トラップするこ
とができる。この結果、電子は電極間で電離衝突を繰り
返し、放電に至る。また、高周波電力を用いれば、間隙
を構成する電極の壁面へのイオンの衝突も少なく、当該
壁面を構成する材料からの不純物の混入も少なくするこ
とができるという効果も奏する。In the invention described in [Claim 2], at least a pair of electrodes including an electrode for supplying high-frequency power through a gap of the order of μm and an electrode grounded, and a gas channel formed in the gap are provided. Since the discharge unit for converting the flowing analysis gas into plasma and the high-frequency power supply unit for supplying the high-frequency power are integrally mounted on a single substrate and configured as a portable one, the plasma generation apparatus You can take it to the site and obtain plasma emission of the analysis gas. That is, it can contribute to on-site and real-time measurement. Furthermore, since a predetermined plasma emission can be obtained with an extremely small amount of analysis gas, the environmental load is small accordingly. Further, since high-frequency power is supplied between the electrodes, electrons can reciprocate between the electrodes and be trapped. As a result, the electrons are repeatedly ionized and collided between the electrodes, resulting in discharge. Further, by using the high frequency power, it is possible to reduce the collision of ions with the wall surface of the electrode forming the gap and to reduce the mixing of impurities from the material forming the wall surface.
【００２８】〔請求項３〕に記載する発明は、μｍオー
ダの間隙を介して高周波電力を供給する電極と接地され
た電極とから成る少なくとも一対の電極と、前記間隙に
形成したガス流路を流通する分析ガスをプラズマ化する
放電部と、前記高周波電力を供給する高周波電源部とを
一枚の基板上に一体的に載置して可搬式のものとして構
成したプラズマ生成手段と、前記プラズマが発生するプ
ラズマ光を遠隔に導出する光伝送手段と、光伝送手段に
より伝送されたプラズマ光を分光分析して前記分析ガス
中の化学種を特定する分光分析手段とを有するので、当
該プラズマ生成装置を現場に持っていって分析ガスのプ
ラズマ発光を得、このプラズマ発光を遠隔で分光分析し
て分析ガス中の化学種を特定し得る。すなわち、オンサ
イト及びリアルタイムでの計測が可能となる。さらに、
極めて少量の分析ガスでも所定のプラズマ発光を得るこ
とができるので、環境負荷もその分小さい計測を行うこ
とができる。また、電極間には高周波電力を供給するよ
うにしたので、電子が電極間を往復運動し、トラップす
ることができる。この結果、電子は電極間で電離衝突を
繰り返し、放電に至る。また、高周波電力を用いれば、
間隙を構成する電極の壁面へのイオンの衝突も少なく、
当該壁面を構成する材料からの不純物の混入も少なくす
ることができるという効果も奏する。The invention described in [Claim 3] includes at least a pair of electrodes composed of an electrode for supplying high-frequency power through a gap of the order of μm and an electrode grounded, and a gas flow path formed in the gap. A plasma generating unit configured as a portable unit by integrally mounting a discharge unit for converting a flowing analysis gas into plasma and a high-frequency power supply unit for supplying the high-frequency power, and the plasma. Since it has an optical transmission means for remotely deriving the plasma light generated by the plasma generation apparatus and a spectral analysis means for spectroscopically analyzing the plasma light transmitted by the optical transmission means to identify the chemical species in the analysis gas, the plasma generation The apparatus can be brought to the site to obtain plasma emission of the analysis gas, and this plasma emission can be remotely spectroscopically analyzed to identify the chemical species in the analysis gas. That is, on-site and real-time measurement is possible. further,
Since it is possible to obtain a predetermined plasma emission even with an extremely small amount of analysis gas, it is possible to perform measurement with a correspondingly small environmental load. Further, since high-frequency power is supplied between the electrodes, electrons can reciprocate between the electrodes and be trapped. As a result, the electrons are repeatedly ionized and collided between the electrodes, resulting in discharge. Moreover, if high frequency power is used,
There are few collisions of ions on the wall surfaces of the electrodes that make up the gap,
There is also an effect that it is possible to reduce mixing of impurities from the material forming the wall surface.
【００２９】〔請求項４〕に記載する発明は、μｍオー
ダの間隙を介して高周波電力を供給する電極と接地され
た電極とから成る少なくとも一対の電極と、前記間隙に
形成したガス流路を流通する分析ガスをプラズマ化する
放電部及び前記高周波電力を供給する高周波電源部を有
するプラズマ生成手段と、前記プラズマが発生するプラ
ズマ光を導入して特定の波長のプラズマ光を選択するフ
ィルタ手段及びこのフィルタ手段を透過したプラズマ光
を検出する光検出手段を有して光検出手段が検出したプ
ラズマ光の波長に基づき特定の化学種を検出する波長分
析手段とを一枚の基板上に一体的に載置して可搬式のも
のとして構成したので、当該ガス分析装置の全体を現場
に持っていって分析ガスのプラズマ発光を得、このプラ
ズマ発光を現場で分析して分析ガス中の化学種を特定し
得る。すなわち、完全なオンサイト及びリアルタイムで
の計測が可能となる。さらに、極めて少量の分析ガスで
も所定のプラズマ発光を得ることができるので、環境負
荷もその分小さい計測を行うことができる。また、電極
間には高周波電力を供給するようにしたので、電子が電
極間を往復運動し、トラップすることができる。この結
果、電子は電極間で電離衝突を繰り返し、放電に至る。
また、高周波電力を用いれば、間隙を構成する電極の壁
面へのイオンの衝突も少なく、当該壁面を構成する材料
からの不純物の混入も少なくすることができるという効
果も奏する。In the invention described in [Claim 4], at least a pair of electrodes including an electrode for supplying high-frequency power through a gap of the order of μm and a grounded electrode, and a gas flow path formed in the gap are provided. Plasma generating means having a discharge part for converting the flowing analysis gas into plasma and a high frequency power supply part for supplying the high frequency power; a filter means for introducing plasma light generated by the plasma and selecting plasma light of a specific wavelength; A wavelength analysis means for detecting a specific chemical species based on the wavelength of the plasma light detected by the light detection means, which has a light detection means for detecting the plasma light transmitted through the filter means, is integrally formed on one substrate. Since it was configured as a portable type by placing it on the site, the entire gas analyzer was brought to the site to obtain plasma emission of the analysis gas, and this plasma emission was made on site. Analysis to be identified chemical species analysis in the gas. That is, complete on-site and real-time measurement is possible. Furthermore, since it is possible to obtain a predetermined plasma emission even with an extremely small amount of analysis gas, it is possible to perform measurement with a correspondingly small environmental load. Further, since high-frequency power is supplied between the electrodes, electrons can reciprocate between the electrodes and be trapped. As a result, the electrons are repeatedly ionized and collided between the electrodes, resulting in discharge.
Further, by using the high frequency power, it is possible to reduce the collision of ions with the wall surface of the electrode forming the gap and to reduce the mixing of impurities from the material forming the wall surface.
【００３０】〔請求項５〕に記載する発明は、μｍオー
ダの間隙を介して高周波電力を供給する電極と接地され
た電極とから成る少なくとも一対の電極と、前記間隙に
形成したガス流路を流通する分析ガスをプラズマ化する
放電部と、前記高周波電力を供給する高周波電源部とを
一枚の基板上に一体的に載置して可搬式のものとして構
成したプラズマ生成手段と、前記電極間の間隙にその先
端部の開口が臨んでおり、この開口を介して前記間隙に
発生するプラズマ中のイオンを吸引するイオン吸引手段
と、このイオン吸引手段で引き込んだイオンの質量を検
出することによりこのイオンの化学種を特定する質量分
析手段とを有するので、当該プラズマ生成装置を現場に
持っていって分析ガスのプラズマを得、このプラズマ中
のイオンを質量分析して分析ガス中の化学種を特定し得
る。すなわち、極めて少量の分析ガスでも所定のプラズ
マを得ることができるので、環境負荷が小さい計測を行
うことができる。また、電極間には高周波電力を供給す
るようにしたので、電子が電極間を往復運動し、トラッ
プすることができる。この結果、電子は電極間で電離衝
突を繰り返し、放電に至る。また、高周波電力を用いれ
ば、間隙を構成する電極の壁面へのイオンの衝突も少な
く、当該壁面を構成する材料からの不純物の混入も少な
くすることができるという効果も奏する。In the invention described in [Claim 5], at least a pair of electrodes composed of an electrode for supplying high-frequency power and a grounded electrode via a gap of the order of μm, and a gas channel formed in the gap are provided. Plasma generating means configured as a portable one by integrally mounting a discharge part for converting a flowing analysis gas into plasma and a high frequency power supply part for supplying the high frequency power, and the electrode An opening at the tip of the gap faces the gap between them, and ion suction means for sucking ions in the plasma generated in the gap through this opening, and detecting the mass of the ions drawn by this ion suction means And a mass spectrometric means for specifying the chemical species of this ion according to the present invention. And it may identify chemical species analysis in gas. That is, since a predetermined plasma can be obtained with an extremely small amount of analysis gas, it is possible to perform measurement with a small environmental load. Further, since high-frequency power is supplied between the electrodes, electrons can reciprocate between the electrodes and be trapped. As a result, the electrons are repeatedly ionized and collided between the electrodes, resulting in discharge. Further, by using the high frequency power, it is possible to reduce the collision of ions with the wall surface of the electrode forming the gap and to reduce the mixing of impurities from the material forming the wall surface.
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るガス分析装置
を示すブロック線図である。FIG. 1 is a block diagram showing a gas analyzer according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るガス分析装置
を示すブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram showing a gas analyzer according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第３の実施の形態に係るガス分析装置
を示すブロック線図である。FIG. 3 is a block diagram showing a gas analyzer according to a third embodiment of the present invention.
【図４】従来技術に係るガス分析装置を示すブロック線
図である。FIG. 4 is a block diagram showing a gas analyzer according to a conventional technique.
Ｉ プラズマ生成装置 II 高周波電源部 III 放電部 IV 波長分析部 V イオン引き込み部 VI 質量分析部 Ａ フィルタ部 Ｂ 光検出部 １１ 光ファイバ １２ 分光器 １４ 基板 １８ａ、１８ｂ 電極パッド １９ ガス流路 ２２ フィルタ ２４ 基板 I Plasma generator II High frequency power supply III Discharge part IV wavelength analyzer V ion pull-in section VI Mass Spectrometer A filter section B Photodetector 11 optical fiber 12 Spectrometer 14 board 18a, 18b electrode pad 19 gas flow path 22 filters 24 substrates
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茂中 俊明 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社先進技術研究センタ ー内 Ｆターム(参考） 2G043 AA01 CA01 DA05 EA09 FA06 GA06 GB01 GB02 GB11 HA05 JA01 JA02 LA03 MA11 5C038 GG09 GH04 GH11 GH15 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Toshiaki Moranaka 1-8 Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Advanced Technology Research Center, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. -In F-term (reference) 2G043 AA01 CA01 DA05 EA09 FA06 GA06 GB01 GB02 GB11 HA05 JA01 JA02 LA03 MA11 5C038 GG09 GH04 GH11 GH15
Claims (5)
供給する電極と接地された電極とから成る少なくとも一
対の電極と、前記高周波電力により前記間隙でプラズマ
化するガスを流通させるガス流路とを有することを特徴
とする放電電極。1. At least a pair of electrodes consisting of an electrode for supplying high-frequency power through a gap of the order of μm and a grounded electrode, and a gas flow path for passing a gas that is turned into plasma in the gap by the high-frequency power. A discharge electrode comprising:
供給する電極と接地された電極とから成る少なくとも一
対の電極と、前記間隙に形成したガス流路を流通する分
析ガスをプラズマ化する放電部と、 前記高周波電力を供給する高周波電源部とを一枚の基板
上に一体的に載置して可搬式のものとして構成したこと
を特徴とするプラズマ生成装置。2. An electric discharge for converting at least a pair of electrodes, which are electrodes for supplying high-frequency power through a gap of the order of μm and a grounded electrode, to plasma of an analysis gas flowing through a gas passage formed in the gap. And a high-frequency power supply unit for supplying the high-frequency power, which is integrally mounted on a single substrate to be a portable device.
供給する電極と接地された電極とから成る少なくとも一
対の電極と、前記間隙に形成したガス流路を流通する分
析ガスをプラズマ化する放電部と、前記高周波電力を供
給する高周波電源部とを一枚の基板上に一体的に載置し
て可搬式のものとして構成したプラズマ生成手段と、 前記プラズマが発生するプラズマ光を遠隔に導出する光
伝送手段と、 光伝送手段により伝送されたプラズマ光を分光分析して
前記分析ガス中の化学種を特定する分光分析手段とを有
することを特徴とするガス分析装置。3. A discharge for converting at least a pair of electrodes consisting of an electrode for supplying high-frequency power through a gap of the order of μm and a grounded electrode into an analysis gas flowing through a gas passage formed in the gap into plasma. Unit and a high-frequency power supply unit for supplying the high-frequency power are integrally mounted on a single substrate and configured as a portable unit, and plasma light generated by the plasma is remotely derived. And a spectroscopic analysis unit that spectroscopically analyzes the plasma light transmitted by the optical transmission unit to specify the chemical species in the analysis gas.
供給する電極と接地された電極とから成る少なくとも一
対の電極と、前記間隙に形成したガス流路を流通する分
析ガスをプラズマ化する放電部及び前記高周波電力を供
給する高周波電源部を有するプラズマ生成手段と、 前記プラズマが発生するプラズマ光を導入して特定の波
長のプラズマ光を選択するフィルタ手段及びこのフィル
タ手段を透過したプラズマ光を検出する光検出手段を有
して光検出手段が検出したプラズマ光の波長に基づき特
定の化学種を検出する波長分析手段とを一枚の基板上に
一体的に載置して可搬式のものとして構成したことを特
徴とするガス分析装置。4. A discharge for plasmatizing an analysis gas flowing through a gas channel formed in the gap, at least a pair of electrodes including an electrode for supplying high-frequency power through a gap of the order of μm and a grounded electrode. Generation unit having a high frequency power supply unit for supplying a high frequency power, a filter unit for introducing plasma light generated by the plasma and selecting plasma light of a specific wavelength, and a plasma light transmitted through the filter unit. A portable one having a light detecting means for detecting and a wavelength analyzing means for detecting a specific chemical species based on the wavelength of plasma light detected by the light detecting means, integrally mounted on one substrate. A gas analyzer characterized by being configured as.
供給する電極と接地された電極とから成る少なくとも一
対の電極と、前記間隙に形成したガス流路を流通する分
析ガスをプラズマ化する放電部と、前記高周波電力を供
給する高周波電源部とを一枚の基板上に一体的に載置し
て可搬式のものとして構成したプラズマ生成手段と、 前記電極間の間隙にその先端部の開口が臨んでおり、こ
の開口を介して前記間隙に発生するプラズマ中のイオン
を吸引するイオン吸引手段と、 このイオン吸引手段で引き込んだイオンの質量を検出す
ることによりこのイオンの化学種を特定する質量分析手
段とを有することを特徴とするガス分析装置。5. A discharge for plasmatizing an analysis gas flowing through a gas channel formed in the gap, at least a pair of electrodes including an electrode for supplying high-frequency power through a gap of the order of μm and a grounded electrode. Section and a high-frequency power supply section for supplying the high-frequency power are integrally mounted on a single substrate and configured as a portable plasma generating means, and an opening at the tip of the gap is provided between the electrodes. The ion attracting means for attracting ions in the plasma generated in the gap through this opening, and the mass of the ion attracted by this ion attracting means are detected to specify the chemical species of this ion. A gas analyzer having a mass spectrometric means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002123495A JP2003315271A (en) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | Plasma generating apparatus and gas analyzer using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002123495A JP2003315271A (en) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | Plasma generating apparatus and gas analyzer using the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003315271A true JP2003315271A (en) | 2003-11-06 |
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ID=29538766
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002123495A Withdrawn JP2003315271A (en) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | Plasma generating apparatus and gas analyzer using the same |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003315271A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006225210A (en) * | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Mitsui Chemicals Inc | Method and apparatus for producing on-site gas, and gas production and sale system |
| JP2010507787A (en) * | 2006-10-25 | 2010-03-11 | ゲゼルシャフト・ツル・フェルデルング・デル・アナリュティッシェン・ヴィッセンシャフテン・アインゲトラーゲネル・フェアアイン | Method and apparatus for generating positively and / or negatively ionized gas analytes for gas analysis |
| JP2010237020A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Japan Aerospace Exploration Agency | Biomolecule detector and biomolecule detection method |
| KR102157541B1 (en) * | 2019-06-26 | 2020-09-18 | 서울대학교산학협력단 | Apparatus and method for detecting concentration of sample |
-
2002
- 2002-04-25 JP JP2002123495A patent/JP2003315271A/en not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006225210A (en) * | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Mitsui Chemicals Inc | Method and apparatus for producing on-site gas, and gas production and sale system |
| JP4575806B2 (en) * | 2005-02-18 | 2010-11-04 | 三井化学株式会社 | On-site gas production equipment and gas production and sales system |
| JP2010507787A (en) * | 2006-10-25 | 2010-03-11 | ゲゼルシャフト・ツル・フェルデルング・デル・アナリュティッシェン・ヴィッセンシャフテン・アインゲトラーゲネル・フェアアイン | Method and apparatus for generating positively and / or negatively ionized gas analytes for gas analysis |
| JP2010237020A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Japan Aerospace Exploration Agency | Biomolecule detector and biomolecule detection method |
| KR102157541B1 (en) * | 2019-06-26 | 2020-09-18 | 서울대학교산학협력단 | Apparatus and method for detecting concentration of sample |
| WO2020262822A1 (en) * | 2019-06-26 | 2020-12-30 | 서울대학교산학협력단 | Device and method for detecting concentration of specimen |
| US20220136975A1 (en) * | 2019-06-26 | 2022-05-05 | Seoul National University R&Db Foundation | Device and method for detecting concentration of specimen |
| US11860107B2 (en) * | 2019-06-26 | 2024-01-02 | Seoul National University R&Db Foundation | Device and method for detecting concentration of specimen |
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